福建省漳浦县道周中学高考物理总复习 专题十二 力学实验(1).doc

福建省漳浦县道周中学2014年高考物理总复习 专题十二 力学实验1、 考点回顾 从近三年力学实验来看，突出简单基础，以后考向仍然会以纸带为主线考查，考查内容有：(1)基本原理知识，如基本仪器的读数。 (2)理解应用层面如速度、加速度计算，各种简单图象分析。 二、知识要点 1力学实验部分要求掌握的知识点有： (1)研究匀变速直线运动 (2)探究弹力和弹簧伸长的关系 (3)验证力的平行四边形定则 (4)验证牛顿运动定律 (5)探究动能定理 (6)验证机械能守恒定律 (7)验证动量守恒定律 2力学实验的特点 (1)在力学实验中打点计时器的应用非常广泛，在七个实验中有五个实验用到了打点计时器。涉及打点计时器及其纸带数据分析的试题几乎年年都考，应引起足够重视。力学实验的创新也是高考的热点内容，实验考查以分组或演示实验为背景，考查对实验方法的领悟情况，灵活运用学过的实验方法完成新的实验。 (2)力学实验中数据的处理，作图法应用较多，用作图法处理数据的优点是直观、简便，能有效地减少偶然误差对测量结果的影响。由图线的斜率、截距、所包围面积和图线的交点等可以研究物理量之间的变化及其关系。对此应多加训练，熟练掌握。三、考点突破（一）基本仪器的使用和读数 1刻度尺 最小分度值：1 mm，量程不等，测量时要估读到毫米的下一位使用时注意两点：(1)读数时眼睛应正对刻度线读数，以避免视差； (2)测量的长度等于被测物体的两个端点在刻度尺上的读数之。 例1如图 所示的甲、乙分别表示两位同学测同一物体长度时的不同用尺方法，其中用尺不太合理的是_( 填 “ 甲 ” 或 “ 乙 ”) ， 这 一 物 体 的 长 度 应 为_厘米。解析：读数比较容易的是甲图，因为甲图的起始刻度线“3”容易记住且读得快；而乙图的测量方法就比较费时还容易出现错误，没有达到简便易行的原则，所以不太合理读数时要估读到最小刻度值的下一位由于此刻度尺的最小刻度值是 1 毫米，所以被测物体的长度是 1.90 厘米。 答案：乙 1.902游标卡尺三种游标卡尺比较：游标卡尺(mm)精度(mm)测量结果(游标卡尺上第 n个格与主尺上的刻度线对正时)(mm)刻度格数刻度总长每小格与 1 mm 差1090.10.1主尺上读的毫米数0.1n20190.050.05主尺上读的毫米数0.05n50490.020.02主尺上读的毫米数0.02n例2把图中游标卡尺的读数填在下划线上(1)图(a)的读数：_mm；(2)图(b)的读数：_mm；(3) 图(c)的读数：_mm.答案：(1)21.3 (2)0.50 （3）23.463螺旋测微器(1)刻度原理螺旋测微器又叫千分尺，它是一种比游标卡尺更精密的测量长度的仪器用它测量长度可以准确到 0.01 mm.螺旋测微器的螺距等于 0.5 mm，每转一周长，螺杆前进或后退 0.5mm.把周长分为 50 等份，每一小格表示 0.01 mm.螺旋测微器读数时，准确到 0.01 mm，但须估读到 0.001 mm，即结果若用 mm 做单位，则小数点后必须保留三位。(2)读数方法测量时被测物体长度的整毫米数由固定刻度读出，小数部分由可动刻度读出。测量值固定刻度读数可动刻度读数0.01 mm。读数时，要注意固定刻度上表示半毫米刻度线是否已经露出。例3读出下列螺旋测微器的测量值。(1)图(a)的读数：_mm。(2) 图(b)的读数：_cm。答案：（1）4.743(或 4.744) （2）0.2043(或 0.2044)（2） “纸带”类实验 高考考试大纲中要求掌握的力学实验一共有7 个，其中“研究匀变速直线运动”、“验证牛顿运动定律”、“探究动能定理”、“验证机械能守恒定律”4 个实验都与纸带有关，甚至有时“验证动量守恒定律”也用纸带来处理数据这些实验基本上都是利用纸带直接测量研究对象的时间和位移，可以间接计算出研究对象的速度和加速度，若结合其他物理量的测量，还可以测量与速度、加速度有联系的相关量，如质量、力、功率、功、动能、冲量、动量、重力势能、动摩擦因数、转速等 1、利用纸带测物体的速度和加速度 例4.如图 所示，某同学在做“研究匀变速直线运动”实验中，由打点计时器得到表示小车运动过程的一条清晰纸带，纸带上两相邻计数点的时间间隔为 t0.10s，其中 s17.05 cm、s27.68 cm、s38.33 cm、s48.95 cm、s5 9.61 cm 、s6 10.26 cm ，则 a 点处瞬时速度的大小是_m/s ， 小 车 运 动 的 加 速 度 计 算 表 达 式 为_，加速度的大小是_m/s2(计算结果保留两位有效数字)。解析：某时刻的瞬时速度等于一段时间内的平均速度：va102 m/s0.86 m/s(考虑两位有效数字)用逐差法来计算加速度：a102 m/s20.64 m/s2.答案：0.86 a 0.64小结：纸带处理方法：用平均速度计算瞬时速度，用逐差法计算加速度。 2、利用纸带测动摩擦因数 例4.物理小组在一次探究活动中测量滑块与木板之间的动摩擦因数实验装置如图 所示，一表面粗糙的木板固定在水平桌面上，一端装有定滑轮；木板上有一滑块，其一端与电磁打点计时器的纸带相连，另一端通过跨过定滑轮的细线与托盘连接打点计时器使用的交流电源的频率为 50 hz.开始实验时，在托盘中放入适量砝码，滑块开始做匀加速运动，在纸带上打出一系列小点。(2)回答下列两个问题：为测量动摩擦因数，下列物理量中还应测量的有_(填入所选物理量前的字母)a木板的长度 lb木板的质量 m1c滑块的质量 m2d托盘和砝码的总质量 m3e滑块运动的时间 t_测量中所选定的物理量时需要的实验器材是(3)滑块与木板间的动摩擦因数_(用被测物理量的字母表示，重力加速度为 g)与真实值相比，测量的动摩擦因数_(填“偏大”或“偏小”)写出支持你的看法的一个论据：_。解析：(1)由逐差法得a，又由t0.10 s， 解得：a0.497 m/s2(2)对小车由牛顿第二定律得m3gm2g(m2m3)a.要测量动摩擦因数，由上式可知，需要测出滑块的质量m2、托盘和砝码的总质量m3，故选cd；测质量需要的器材为天平(3)解上式得；这样测出的动摩擦因数偏大，因为纸带与打点计时器间有摩擦，且小车在运动过程中还要受到空气阻力答案：(1)0.497 m/s2 (2)cd 天平(3) 偏大 纸带与打点计时器之间有摩擦(或小车在运动过程中还要受到空气阻力)点评：本题利用逐差法求得加速度，利用牛顿第二定律求得动摩擦因数主要考查学生的理解、推理、处理数据和计算能力。3、利用纸带测重力加速度例 5.如图所示，将打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置可以测定重力加速度(1)所需器材有打点计时器(带导线)、纸带、复写纸、带铁夹的铁架台和带夹子的重物，此外还需_(填字母代号)中的器材a直流电源、天平及砝码b直流电源、毫米刻度尺c交流电源、天平及砝码d交流电源、毫米刻度尺(2)通过作图象的方法可以剔除偶然误差较大的数据，提高实验的准确程度为使图线的斜率等于重力加速度，除作v t 图象外，还可作_ 图象 ， 其 纵 轴 表 示 的 是_ ，横轴表示的是 _答案：（1）d （2）h 速度平方的二分之一 重锤下落的高度点评：本题考查利用打点计时器测出速度，再作出速度图象利用斜率求得重力加速度考查了学生的实验器材的选取和用图象处理数据的方法【变式训练】某同学用电火花计时器(其打点周期 t0.02 s)来测定自由落体的加速度试回答： (1)下列器材中，不需要的是_(只需填选项字母)a直尺 b纸带 c重锤 d低压交流电源(2)实验中在纸带上连续打出点 1、2、3、9，如图所示，由此测得加速度的大小为_m/s2. (3)当地的重力加速度大小为 9.8 m/s2，测量值与实际值有差异的主要原因是_ 解析：(1)本实验用电火花计时器测加速度，用的是 220 v的交流电源，故不需要低压交流电源，即选 d.(2) 由逐差法得重力加速度g9.4 m/s2.答案：(1)d (2)9.4 (3)受摩擦阻力、空气阻力的影响点评：利用纸带获取数据，利用逐差法求得重力加速度本题考查了学生的实验器材的使用和处理数据的方法、能力 总结：以纸带为主线的实验是历年来力学实验的重点，而根据纸带分析计算物体的速度和加速度又是重中之重处理纸带问题注意以下几方面：(1)速度利用vn求解，做题时注意区分其中的t是指“两计时点之间的时间”还是“两计数点之间的时间”(2)为减小误差，灵活选择计数点利用逐差法求加速度，一般情况下：，同样需注意式中的t所指的时间 四、强化训练 1. 某同学利用螺旋测微器测量一金属板的厚度该螺旋测微器校零时的示数如图(a)所示，测量金属板厚度时的示数如图(b)所示。图(a)所示读数为 mm,图(b)所示读数为 mm，所测金属板的厚度为 mm。 2.图1为验证牛顿第二定律的实验装置示意图。图中打点计时器的电源为50hz的交流电源，打点的时间间隔用t表示。在小车质量未知的情况下，某同学设计了一种方法用来研究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量间的关系”。 （1）完成下列实验步骤中的填空：平衡小车所受的阻力：小吊盘中不放物块，调整木板右端的高度，用手轻拨小车，直到打点计时器打出一系列_的点。 按住小车，在小吊盘中放入适当质量的物块，在小车中放入砝码。 打开打点计时器电源，释放小车，获得带有点列的纸带，在纸带上标出小车中砝码的质量m。 按住小车，改变小车中砝码的质量，重复步骤。 在每条纸带上清晰的部分，每5个间隔标注一个计数点。测量相邻计数点的间距s1，s2，。求出与不同m相对应的加速度a。 以砝码的质量m为横坐标为纵坐标，在坐标纸上做出关系图线。若加速度与小车和砝码的总质量成反比，则与m处应成_关系（填“线性”或“非线性”）。 （2）完成下列填空： （）本实验中，为了保证在改变小车中砝码的质量时，小车所受的拉力近似不变，小吊盘和盘中物块的质量之和应满足的条件是_ _ _ 。 （）设纸带上三个相邻计数点的间距为s1、s2、s3。a可用s1、s3和t表示为a=_。图2为用米尺测量某一纸带上的s1、s3的情况，由图可读出s1=_mm，s3=_。由此求得加速度的大小a=_m/s2。 （）图3为所得实验图线的示意图。设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，若牛顿定律成立，则小车受到的拉力为_，小车的质量为_。 3.某同学探究弹力与弹簧伸长量的关系。 将弹簧悬挂在铁架台上，将刻度尺固定在弹簧一侧，弹簧轴线和刻度尺都应在_方向（填“水平”或“竖直”）； 弹簧自然悬挂，待弹簧_时，长度记为l0，弹簧下端挂上砝码盘时，长度记为lx；在砝码盘中每次增加10g砝码，弹簧长度依次记为l1至l6，数据如下表：代表符号l0lxl1l2l3l4l5l6数值（cm）25.3527.3529.3531.3033.435.3537.4039.30表中有一个数值记录不规范，代表符号为_。由表可知所用刻度尺的最小刻度为_。 图16是该同学根据表中数据作的图，纵轴是砝码的质量，横轴是弹簧长度与_的差值（填“l0或l1”）。 由图可知弹簧的劲度系数为_n/m；通过图和表可知砝码盘的质量为_g（结果保留两位有效数字，重力加速度取9.8m/s2）。 4.为测定木块与桌面之间的动摩擦因数，小亮设计了如图所示的装置进行实验，实验中，当木块a位于水平桌面上的o点时，重物b刚好接触地面，将a拉到p点，待b稳定后静止释放，a最终滑到q点，分别测量op、oq的长度h和s，重复上述实验，分别记录几组实验数据。 （1）实验开始时，发现a释放后会撞到滑轮，请提出两个解决方案： ； 。 （2）请根据下表的实验数据作出s-h关系图像。h（cm）20.030.040.050.060.0s（cm）19.528.539.048.056.5（3）实验测得a、b的质量分别为m=0.40kg、m=0.50kg，根据s-h图像可计算出a木块与桌面间的动摩擦因数=_（结果保留一位有效数字）。（4）实验中，滑轮轴的摩擦会导致的测量结果_（选填“偏大”、或“偏小”）。 5. 某物理兴趣小组采用如图所示的装置深入研究平抛运动。质量分别为ma和mb的a、b小球处于同一高度，m为a球中心初始时在水平地面上的投影。用小锤打击弹性金属片，使a球沿水平方向飞出，同时松开b球，b球自由下落。a球落到地面n点处，b球落到地面p点处。测得ma=0.04kg，mb=0.05kg，b球距地面的高度是1.225m，m、n点间的距离为1.500m，则b球落到p点的时间是 s，a球落地时的动能是 j。（忽略空气阻力，g取9.8m/s2）6如图所示，两个质量各为m1和m2的小物块a和b，分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端，已知m1m2，现要利用此装置验证机械能守恒定律。（1）若选定物块a从静止开始下落的过程中进行测量，则需要测量的物理量有_。物块的质量m1、m2；物块a下落的距离及下落这段距离所用的时间；物块b下落的距离及下落这段距离所用的时间；绳子的长度。（2）为提高实验结果的准确程度，某小组同学对此实验提出以下建议：绳的质量要轻；在“轻质绳”的前提下，绳子越长越好；尽量保证物块只沿竖直方向运动，不要摇晃；两个物块的质量之差要尽可能小。以上建议中确实对提高准确程度有作用的是_。（3）写出一条上面没有提到的对提高实验结果准确程度有益的建议：_。参考答案1.【考点】长度测量 【答案】0.010；6.870；6.860 【解析】（a）图螺旋测微器的读数步骤如下.首先，确定从主尺读出毫米数为0.000mm，可动刻度与主尺对齐个数为1.0（格），读数为0.010mm，则螺旋测微器读数为0.000mm+0.010mm=0.010mm，（b）图螺旋测微器的读数步骤如下.首先，确定从主尺读出毫米数为6.500mm，可动刻度与主尺对齐个数为37.0（格），读数为0.370mm，则螺旋测微器读数为6.500mm+0.370mm=6.870mm，考虑调零问题金属板实际厚度2. 【答案】间隔均匀，线性，远小于小车的质量，24.2mm, 47.2mm, 1.15, 【解题思路】（1）平衡好小车所受的阻力，小车做匀速运动，打点计时器打出的点间隔基本相等根据牛顿第二定律可知，与m为一次函数关系，是线性关系。（2）（i)为保证小车所受拉力近似不变，应满足小吊盘和盘中物块的质量之和远小于小车的质量。(ii)由可知，由图可读出，换算后代入上式中，得（iii)设小车质量为m，由牛顿第二定律可得：，结合图象可知，3. 【答案】竖直 稳定 l3 1mm l0 4.9 10 【解题思路】实验器材应竖直放置；带待弹簧稳定后再进行实验可以测得较准确的数